Что такое механический нагнетатель и как он работает

Как проверяется турбина

Перед тем как ставить турбину, настоятельно рекомендуется поменять масло. Кроме того, обязательно нужно заменить масляный фильтр и воздушный. Последовательность проверки системы турбонаддува такова:

• турбину следует осмотреть на предмет масляных потёков (это касается как части, по которой масло подаётся, так и части, по которой оно сливается из турбины);
• все воздуховоды тоже тщательно осматриваются. Ни в одном из них не должно быть грязи и посторонних предметов;
• если машина оборудована катализатором, то его тоже следует проверить на предмет износа (избыточный выхлоп из износившегося катализатора может существенно ухудшить работу турбины, она просто не справится с большим объёмом поступающего газа);

  Зная устройство турбины, легче проверять её работоспособность

• наконец, следует проверить, нормально ли вращается ротор турбины. Гудение, создаваемое ротором, должно быть равномерным. В нём не должно быть никаких посторонних звуков: скрипа, свиста и т. д.

Итак, установка турбины на ВАЗ 2106 — процесс длительный и кропотливый. В некоторых ситуациях вместо полноценной турбины можно подумать об установке турбокомпрессора. Это наименее затратный и наиболее простой вариант. Ну а если автовладелец твёрдо решил поставить на свою «шестёрку» именно турбину, то ему следует приготовиться к серьёзной модернизации двигателя и к серьёзным финансовым тратам.

Немного исторических сведений

Использовать нагнетатель воздуха в своих разработках первыминачали;Alfa Romeo Mercedes и Fiat.Вообще же идея применять механический компрессор была придумана и разработана практически сразу же после изобретения самого ДВС уже в 1885 г ученый Готтлиб Даймлер оформил патент на свой нагнетатель воздуха. Внешне его идея немного отличалась от нашего понимая сути нагнетателей: он предлагал, что некий насос или специальный вентилятор будет нагнетать в двигатель большую нежели, обычно порцию кислорода. Вскоре, всего через 7 лет, в 1902 году Луис Рено получил свой патент на конструкцию центробежного нагнетателя. Рено даже сделали выпуск малой серией автомобиля с нагнетателем, однако в дальнейшем проект забросили. Альфред Бюхи так же в 1905 году придумал свой турбонагнетатель, который работал с использованием выхлопных газов. Известные roots носят фамилию своих изобретателей изобрели их еще аж 1859 году братья Рутс. Из себя рутс представляют роторно-шестерёнчатые компрессоры. Винтовой компрессор был изобретен значительно позже, в 1936 году, патент принадлежит Альфу Лисхольму, главному инженеру SRM. У всех этих устройств есть один общий момент, в свое время, а это почти 100 лет назад, они не получили должного распространения ввиду заторможенности общего технического процесса. Зато ныне компрессор – это важная составляющая современного автомобиля.

3 Покупка и установка кит-комплекта

Для тех, кто не готов платить большую сумму денег за эксклюзивный нагнетатель воздуха для своего автомобиля, есть более простой вариант монтажа компрессора. Эти вариантом является покупка кит-комплекта – готового набора, включающего в себя рассчитанный или адаптированный компрессор, а также все составляющие, необходимые для выполнения монтажных работ своими руками.

Основное достоинство готового компрессора – возможность его установки своими руками. С приобретением набора тоже не возникнет трудностей: в автомагазинах страны есть огромный выбор китайских комплектов, которые отличаются простотой адаптации.

Среди недостатков китайских наборов стоит отметить их недолговечность. Средний срок службы такого кит-комплекта составляет около 3-5 лет.

Перед приобретением готового набора стоит определиться с его параметрами. Прежде чем отправиться в автомагазин, найдите в интернете модель подобранного вами кит-комплекта и просмотрите его характеристики.

После того, как вы приобрели подходящий набор, можно приступать к его монтажу. Установка комплекта нагнетателя воздуха своими руками не требует специальных навыков. Однако умение произвести несложный ремонт, а также опыт в обращении с отверткой определенно вам не помешает.

Если для своего автомобиля вы купили нагнетатель воздуха с механическим приводом типа «auto-turbo», то установка оборудования отнимет у вас не более получаса. Все, что от вас потребуется – это установить компрессор на специальный кронштейн, который идет в комплекте, а также подключить провода согласно инструкции.

В случае, если вы приобрели нагнетатель воздуха типа «sc-vaz», отличающийся более мощным наддувом, то для его монтажа от вас потребуется больше времени. Перед установкой данного оборудования необходимо «разжать» мотор, заменить старую косу двигателя, прикрутить интеркулер и масляный радиатор. Далее вставляем нагнетатель воздуха с механическим приводом, прикручиваем его и подсоединяем магистрали. По окончанию работы стоит несколько раз завести и заглушить двигатель. Таким образом новое оборудование адаптируется к двигателю.

Стоит помнить, что последние модели кит-комплекта типа «sc-vaz» способны резкими скачками увеличивать мощность мотора. Поэтому сразу после установки такого оборудования не рекомендуется эксплуатировать автомобиль более 2 часов.

https://youtube.com/watch?v=4DS954K071E

Плюсы и минусы эксплуатации наддува

Изготовлен такой компрессор преимущественно из алюминиевых сплавов, в составе которых есть магний. Из-за высоких нагрузок трением эти насосы недолговечны – это их существенный минус. 

Использование нагнетателя заметно увеличивает мощность и оборотистость двигателя. Однако использование компрессора, имеющего именно механический привод, неэффективно. При больших оборотах такие устройства дают слабину и начинают забирать мощность на свой привод. Еще данные системы массивны и шумны. 

Основной недостаток любой подобной системы – уменьшение долговечности мотора. При неверных настройках (например, при выходе из строя перепускного клапана) они могут в секунды разрушить двигатель, вызвав эффект детонации. А значит, эти системы требуют повышенного внимания при эксплуатации. 

Особенности нагнетателей объемного типа

Системы нагнетания этого вида отличаются тем, что объемный КПД у них всегда на одном уровне. Чем быстрее вращается коленвал, тем больше обороты на компрессоре и тем выше эффективность работы системы. Такие варианты дают хороший прирост мощности во всем диапазоне оборотов. Если классифицировать компрессоры наддува по приводу и конструктивным отличиям, можно выделить несколько основных разновидностей:

1. Винтовые.
2. Спиральные.
3. Роторно-пластинчатые.
4. Поршневые.
5. Поршневые с меняющимся рабочим объемом.

В качестве примера разберем тип изделий Roots как самый популярный и доступный по стоимости для обычных автолюбителей. Главным элементом конструкции являются два ротора особой конфигурации, связанные между собой шестернями. Этот вариант отличает то, что воздух сжимается не в основном тракте, а в нагнетательной части, из-за чего данный тип относят к системам со внешним сжатием.

Вращение роторов провоцирует формирование области с пониженным давлением, которая становится больше с ростом оборотов. За счет этого забор воздуха существенно увеличивается, а когда он проходит через роторы, то сжимается и подается во впуск. Но за счет особенностей конструкции при повышении оборотов возникает турбулентность и часть воздуха теряется, что негативно сказывается на КПД узла.

Из-за турбулентности корпус компрессора для нагнетания воздуха сильно разогревается при езде на высоких оборотах, поэтому система всегда включает в себя интеркулер, чтобы снижать температуру.

Второй вариант подобного компрессора – механический нагнетатель воздуха Lysholm, названный по фамилии шведского инженера, разработавшего его в 30-х годах прошлого века. Роторы точно подогнаны друг к другу, на их поверхности сделано множество канавок, через которые воздух проталкивается во впуск. За счет массивности винтов этот вариант эффективно работает под большой нагрузкой и при этом не перегревается. Но размеры и вес намного больше, а сложность производства делает этот тип востребованным только в премиум-сегменте.

К сведению!

Турбины Лисхольм обеспечивают отличный КПД на любых оборотах, поэтому их используют в гоночных авто.

Разновидности

Планируя установку нагнетателя своими руками, стоит сразу определиться с видом устройства. Есть самодельный вариант, но также осуществляется продажа готовых к установке систем.

Второй вариант более предпочтительный.

Механический нагнетатель приводной, имеет во многом одинаковую конструкцию и принцип работы. Но сам привод может быть разным. Как и цена всего узла.

Привод бывает:

• прямым (от коленвала напрямую);
• ременным (зубчатый, плоский или клиновый ремень);
• с зубчатой передачей;
• цепным;
• электрическим.

Что же касается самих нагнетателей, то тут можно выделить несколько разновидностей.

Кулачковый. Самый старый вариант, который можно встретить на авто с огромным пробегом. Есть и современные аналоги. Наиболее известным считается Roots. Он же воздуходувка в народе. Дорогие, но по производительности себя не оправдывают. Потому спрос низкий.

Винтовой. Устройство напоминает предыдущий вариант. Отличается компактными размерами и солидными показателями производительности. Но и цена превышает кулачковые аналоги. В основном винтовые узлы применяются на дорогостоящих спортивных автомобилях.

Центробежный. Самый популярный и распространенный вариант в настоящее время. Внешне напоминает турбокомпрессор. Сравнительно недорогие, легкие и компактные. Без проблем устанавливаются на авто, могут использовать разные способы монтажа.

Центробежный нагнетатель

Центробежный механический компрессор сейчас имеет широчайшее распространение среди любителей тюнинговать свои авто. Конструкционно центробежный нагнетатель воздуха наиболее близок к турбо наддуву, так как принципы их конструкции очень близки. Основной принцип работы заключается в следующем. Внутри корпуса установлена крыльчатка самая главная деталь компрессора. Говоря в общем крыльчатка представляет собой колесо с лопастями, отдаленно напоминающее корабельный винт. Оттого насколько хорошо и правильно выполнено это колесо зависит то, насколько нагнетатель воздуха будет результативен. В общем, воздух попадает внутрь «улитки» и его захватывают лопасти крыльчатки. Захваченный воздух лопасти закручивают и с помощью центробежной силы отбрасывают его на отдаленные участки корпуса, где есть диффузор, который ловит этот воздух. Диффузор предназначен для восприятия подаваемого крыльчаткой воздух так, чтобы созданное давление не терялось. Далее воздух подается в кольцевидный тоннель, который идет вокруг всего корпуса. Именно из-за этого тоннеля центробежный нагнетатель воздуха и называют улиткой. Подобная конструкция создает условия для увеличения давления воздуха. Суть в том, что воздух, который движется по каналу движется быстро и имеет маленькое давление, а потом конец канала резко расширяется. Благодаря этому скорость воздуха несколько падает, а вот давление значительно увеличивается.

По факту давление, что создает этот компрессор равно скорости крыльчатки, умноженной на саму себя. Скорости могут быть разными, преимущественно от 40 000 об/мин. Сам механизм довольно шумный, так как в действие он приводится ремнем от шкива коленчатого вала автомобиля. Некоторые производители устанавливают в корпусе еще и повышающую передачу, что позволяет сохранить ресурс турбины до 80 000 км и существенно уменьшить шум, что создает компрессор при работе.

Конструкция и принцип работы механического наддува

В современном автомобилестроении применяется несколько видов систем механического наддува, каждая из которых имеет свои конструктивные особенности и принцип нагнетания воздуха.

Устройство механического наддува

Система механического наддува состоит из следующих элементов:

• механический нагнетатель (компрессор);
• интеркулер;
• дроссельная заслонка;
• заслонка перепускного трубопровода;
• воздушный фильтр;
• датчики давления наддува;
• датчики температуры воздуха во впускном коллекторе.

Схема работа механического наддува

Управление механическим нагнетателем осуществляется при помощи дроссельной заслонки, которая при высоких оборотах открыта. При этом заслонка трубопровода закрыта, и весь воздух поступает во впускной коллектор двигателя. Когда двигатель работает на низких оборотах, открыта под небольшим углом, а заслонка трубопровода открыта полностью, что обеспечивает возврат части воздуха на вход компрессора.

Поступающий из нагнетателя воздух проходит через интеркулер, что снижает температуру нагнетаемого воздуха примерно на 10°C, способствуя более высокой степени его сжатия.

Типы привода механического наддува

Ременной привод кулачкового компрессора

Передача крутящего момента от коленчатого вала к механическому компрессору может осуществляться различными способами:

• Система прямого привода – предполагает  монтаж компрессора непосредственно на фланец коленчатого вала двигателя.
• Ременный привод. Передача усилий реализуется при помощи ремня. Различные производители используют свои виды ремней (плоские, клиновидные или зубчатые). Системы с использованием ремня характеризуются коротким сроком службы и вероятностью возникновения проскальзывания.
• Цепной привод. Имеет аналогичный ременному приводу принцип.
• Шестеренчатый привод. Недостатком такой системы является повышенный шум и большие габариты.

Виды механических компрессоров

Центробежный компрессор

Каждый тип привода наддува имеет свои эксплуатационные особенности. Всего различают три вида механических нагнетателей:

• Центробежный нагнетатель. Самый распространенный вид механических нагнетателей. Основной рабочий элемент системы – колесо (крыльчатка), которое имеет сходную конструкцию с компрессорным колесом . Оно вращается со скоростью порядка 60 000 оборотов в минуту. При этом воздух всасывается в центральную часть компрессорного колеса в режиме высокой скорости и малого давления. Пройдя через лопасти нагнетателя, воздух подается во впускной коллектор, но уже в режиме низкой скорости и высокого давления. Этот вид нагнетателя используется в комплексе с турбокомпрессорами для устранения .
• Винтовой нагнетатель. Представляет собой систему из двух вращающихся шнеков (винтов) конической формы. Воздух, попадая в более широкую часть, проходит по камерам компрессора и, благодаря вращению, сжимается и нагнетается в патрубок впускного коллектора. Такие системы применяются в основном на спортивных и дорогостоящих автомобилях, поскольку достаточно сложны в изготовлении. Их преимущество – высокая эффективность работы.
• Кулачковый нагнетатель (roots). Один из первых видов механических нагнетателей. Конструктивно он представляет собой два ротора со сложным профилем сечения. Оси вращения роторов соединяются двумя одинаковыми шестернями. При вращении системы воздух перемещается между стенками корпуса и кулачками, в результате чего происходит его нагнетание во впускной трубопровод. Недостатком этой системы является образование избыточного давления, что провоцирует сбои в работе наддува. Для устранения этого явления в конструкции кулачкового нагнетателя предусматриваются либо муфта с электрическим приводом (управление с отключением нагнетателя), либо перепускной клапан (без отключения нагнетателя).

Винтовой нагнетатель

Механические нагнетатели довольно часто применяются на автомобилях марок Cadillac, Audi, Mercedes-Benz а также Toyota.  При этом кулачковые и винтовые компрессоры устанавливаются преимущественно на мощных спортивных автомобилях с бензиновыми двигателями, а центробежные входят в систему двойного турбонаддува для дизельных моторов.

Какой компрессор выбрать?

В каждом отдельном случае это решается индивидуально в зависимости от наличия ресурсов и навыков работы с автомобилем у владельца машины. Если человек не обладает большим количеством денежных средств и серьёзными знаниями об устройстве двигателя ВАЗ 2107 инжектор, то лучшим выбором для него станет заводской КИТ-комплект китайского производства. В том случае, когда владелец автомобиля желает выделиться и имеет для этого финансовые возможности, время и соответствующие навыки, он может попробовать использовать компрессор от иномарки. При этом можно затратить больше денежных средств и установить данную деталь не в своём гараже, а руками опытных специалистов в автосервисе

Также следует быть готовым к тому, что установленному на инжектор б/у компрессору придётся периодически уделять внимание, чтобы его параметры совпадали с теми, которые имеет карбюратор. В противном случае можно потратить свои деньги и время впустую

Кит-комплект на инжектор ВАЗ

Рекомендации

Во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув — не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр.

И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы турбонаддува. В жизни турбины есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей компрессора, а следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю прогреться.

Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут. В этой ситуации значительно облегчает жизнь турбо-таймер. Он проследит за тем, чтобы разгоряченный двигатель автомобиля поработал несколько минут на холостом ходу, остужая элементы турбонаддува, даже если владелец уже покинул и закрыл своё авто. Впрочем, подобную функцию имеют и многие охранные сигнализации.

Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув)

Система динамического наддува (также называемого скоростным или пассивным наддувом) увеличивает давление на впуске двигателя. Рост давления во впускном коллекторе достигается за счет воздухозаборников особой формы, которые при увеличении скорости движения начинают буквально загонять воздух в двигатель.

Заметный эффект от пассивного наддува начинает проявляться при больших скоростях движения (более 150 км/ч), поэтому на обычных автомобильных двигателях система динамического наддува встречается крайне редко, но иногда применяется на спортивных мотоциклах и автомобилях, а также широко используется для наддува поршневых авиационных двигателей. Нередко пассивный наддув объединяют с другими видами наддува, делая воздухозаборник соответствующей формы.

На «тюнингованных» автомобилях часто выводят впускной тракт на капот или в решетку радиатора, т. е. в зону максимального давления, чем имитируют систему динамического наддува (ниже на рисунке приведена подобная система). Почему имитируют? Потому что пассивный наддув, как уже было написано выше, начинает работать только на высоких скоростях. Также при подобном «тюнинге» ставят «фильтр нулевого сопротивления», который плохо справляется с очисткой поступающего воздуха, что приводит к усиленному износу двигателя.

Динамический наддув
«Тюнинг». Впускной тракт выведен вместо фары.

«Инерционный» наддув
Разновидность динамического наддува. Внутри патрубка системы установлена крыльчатка, благодаря инертности (поэтому некоторые и наывают такой наддув «инерционным») вращения которой возникает завихрение поступающего воздуха, что обеспечивает его максимально быстрое проникновение в камеры сгорания и более полное их наполнение топливо-воздушной смесью. В общем, ерунда полная, на которую ведутся горе-тюнеры.

Преимуществом динамического наддува является то, что это самый дешевый способ относительно остальных.

Сноски

1. По другим данным он запатентовал сам принцип использования наддува на автомобиле.
2. О нагнетателе «TVS» на сайте компании «Eaton».
3. Описание работы системы «Comprex» дано по книге Мацкерле Ю. «Современный экономичный автомобиль» (книга есть в ).

Комментарии

Все материалы, представленные на данном сайте, защищены законодательством в области авторского права.
Смотрите публикация Ваших материалов, условия перепечатки материалов, соблюдение авторских прав.Дизайн и поддержка – Владимир Егоров, icarbio.ru 2010-2014 .

Существуют несколько видов механических нагнетателей:

• центробежный;
• объёмный;
• винтовой;
• лопастный;
• спиральный. 

Центробежные нагнетатели воздуха

Ввиду доступности цены и безотказности в работе самый популярный из всех нагнетателей – центробежный. Главной внутренней частью его является крыльчатка, которая находится в похожем на улитку кожухе. Крыльчатка может приводиться в движение разными способами: электрическим, механическим (от коленчатого вала) или турбиной, раскручиваемой выхлопными газами. 

Раскручивая воздух, крыльчатка создаёт центробежную силу, которая создаёт разряжение воздуха в центре «улитки», где находится входное отверстие. Попадая внутрь «улитки», воздух выходит под давлением из выходного отверстия сбоку. 

Есть недостатки у данного способа. Для эффективной работы такого нагнетателя у крыльчатки должны быть нешуточные обороты, и этот способ поддува создаёт много шума. 

Объёмный нагнетатель воздуха

Этот компрессор будто выполнен по образу масляного насоса. Два ротора, похожие на увеличенные шестерни насоса системы смазки, таким же способом качают воздух. Эти два ротора сближаются друг с другом и с корпусом на максимально допустимое расстояние, но не касаются. Они между собой синхронизированы шестернями, что исключает соприкосновения. 

Такой способ намного тише центробежного, но тоже имеет ряд своих недостатков. Один из существенных – это порог мощности, т.е. при разгоне коленчатым валом до определённых оборотов насос перестаёт подавать необходимое количества воздуха. Также он очень сильно греется. Это происходит не только из-за эффекта сжатия воздуха, но дополнительно из-за «турбулентности». Такие нагнетатели оборудуют дополнительным охлаждением, и это увеличивает их массу. 

Винтовой нагнетатель

Роторы этого нагнетателя выполнены в виде двух винтов с правой нарезкой. Они синхронно крутятся на минимальном расстоянии друг относительно друга, не соприкасаясь. Захватывают порциями воздух и «проталкивают» его. Такие компрессоры требуют точно подогнанных деталей. В результате такой точной калибровки деталей они работают практически без потерь даже на малых оборотах коленчатого вала. Вот только из-за высокой сложности изготовления такой нагнетатель стоит немалых денег и почти не используется на современных машинах. 

Лопастной нагнетатель

Этот нагнетатель имеет сравнительно простое устройство. Корпус выполнен в виде цилиндра. Ротор на четверть меньше корпуса и немного смещён от центра. Лопасти ротора выдвигаются посредством центробежной силы и соприкасаются с корпусом. Захватывая большие порции воздуха двумя лопатками, он переносит воздух к выходному отверстию, создавая давление. Входное и выходное отверстия расположены по краю цилиндрического корпуса, но таким образом, чтобы крыльчатка ротора захватывала больше воздуха. 

Этот компрессор довольно эффективен даже на небольших оборотах коленчатого вала. Такие насосы имеют хороший КПД, и они почти не нагревают воздух. У этих нагнетателей один недостаток – быстрый износ лопастей в результате трения о корпус. 

Спиральный компрессор

В литом корпусе, выполненном изнутри в виде спирали, находится точно повторяющий его изгибы плунжер. Тот приводится в движение эксцентричным механизмом таким образом, чтобы воздух перемещался от краёв корпуса к центру. В центре находится выходное отверстие, в которое воздух буквально выдавливается. Избыток давления контролируется перепускным клапаном.